Biochemie: Puffersysteme, Akut-Phase-Proteine und Enzyme

1. Biologische Puffersysteme

Puffer sind ionische Verbindungen, die versuchen, überschüssige Säure oder Base zu neutralisieren und so den pH-Wert im Gleichgewicht zu halten. Die wichtigsten Puffer sind:

• Intrazellulär: Phosphat, Glukose-6-Phosphat, ATP.
• Interstitiell: Kohlensäure/Bikarbonat (Bikarbonat-Puffer), Proteine, Phosphat.
• Blut, intraerythrozytär: Kohlensäure/Bikarbonat, Hämoglobin/Oxyhämoglobin, Phosphat.
• Plasma: Proteine, Phosphate, Kohlensäure/Bikarbonat.

Bikarbonat-Puffer

CO₂ (gas) <--> CO₂ (gelöst) <--> CO₂ (Blut) + H₂O <--> H₂CO₃ <--> HCO₃^- + H⁺

Die Reaktion wird durch die Carboanhydrase (Zn²⁺-abhängig) katalysiert. Das überschüssige CO₂ wird über die Atmung eliminiert.

Azidose

Bei einer Azidose gibt es zu viele Protonen. Die Kohlensäure steigt an und verringert die Produktion von Bikarbonat (HCO₃^-). Die Elimination von Protonen wird erhöht, die Resorption von Bikarbonat gesteigert und die Atemfrequenz erhöht. Dies geschieht durch die enge Zusammenarbeit von renalem und respiratorischem System.

2. Akut-Phase-Proteine: Erläuterung am Beispiel CRP

Akut-Phase-Proteine werden in der Leber gebildet und sind Teil der Entzündungsreaktion, die durch Infektionen, Traumata u. a. ausgelöst wird.

Akut-Phase-Reaktanten

• Positive Akut-Phase-Reaktanten: Plasmakonzentration steigt, Biosynthese oder Sekretion wird erhöht. Beispiele: C-reaktives Protein, alpha-1-Antitrypsin, Fibrinogen, Ferritin.
• Negative Akut-Phase-Reaktanten: Plasmakonzentration sinkt, Abbau steigt, die normale Biosynthese wird vermindert. Beispiele: Albumin, Transferrin, alpha- und beta-Lipoproteine.
• Gemischte Akut-Phase-Reaktanten: Plasmakonzentration bleibt im Normbereich, Biosynthese und Katabolismus werden kompensiert. Beispiele: Hämopexin, Kininogen, alpha-2-Makroglobulin.

C-reaktives Protein (CRP)

CRP ist das wichtigste Akut-Phase-Protein. Es wird in der Leber gebildet, ist ein nicht glykosyliertes Protein mit etwa 115 kDa und bindet an Polysaccharide von Bakterien, Nukleinsäuren u. a. Es aktiviert das Komplementsystem (C1q) und erkennt schädliche Substanzen sowie abgestorbene Zellen im Kreislauf. Die Konzentration kann innerhalb von 6 bis 8 Stunden um das 100- bis 200-Fache ansteigen.

CRP ist bei entzündlichen, infektiösen, neoplastischen und traumatischen Prozessen, nach chirurgischen Eingriffen und bei Myokardinfarkt nützlich. Es hilft, organische Abstoßungsreaktionen einer Nieren-Transplantation zu erkennen, und ist bei Leukämien hilfreich. Außerdem ist es ein Aktivitätsmarker für entzündliche Prozesse wie die rheumatoide Arthritis.

Ferritin

Ferritin ist ein Protein mit der Fähigkeit, Eisen zu speichern (Speicherung von 0 bis 30 %). Das Serumferritin ist ein guter Indikator für die Eisenspeicher des Körpers.

Erhöhte Werte finden sich bei entzündlichen Prozessen, aplastischer Anämie, sideroblastischer Anämie und hämatologischen Erkrankungen, bei Hämochromatose und bei Patienten mit wiederholten Bluttransfusionen. Es ist zudem ein unspezifischer Marker bei einigen bösartigen Tumoren. Erniedrigte Werte treten bei Eisenmangelanämie und Eisenmangelzuständen auf.

3. Enzyme und Isoenzyme: Kreatinkinase (CK)

Enzyme sind biologische Biokatalysatoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit beschleunigen, ohne das chemische Gleichgewicht zu verändern. Sie sind Proteine (Makromoleküle) mit einem aktiven Zentrum, das das Substrat erkennt und bindet, die chemische Reaktion katalysiert und anschließend das Produkt freisetzt.

Isoenzyme unterscheiden sich in ihrer Aminosäuresequenz, katalysieren aber dieselbe chemische Reaktion. Sie zeigen unterschiedliche kinetische Eigenschaften oder Regulation. Dadurch kann der Stoffwechsel an die Bedürfnisse eines bestimmten Gewebes oder Entwicklungsstadiums angepasst werden. Sie entstehen in der Regel durch Duplikation homologer Gene im Laufe der Evolution.

Kreatinkinase (CK)

Im Muskel katalysiert dieses Enzym bei Energiebedarf die Bildung von Phosphokreatin, das als ATP-Speicher dient. Die Muskelkreatinkinase katalysiert zudem die Reaktion in umgekehrter Richtung:

Kreatin + ATP <--CK--> Phosphokreatin + ADP

Die CK ist ein Dimer aus zwei Untereinheiten, M und B. Es gibt drei Isoenzyme:

• CK-1 (BB): hauptsächlich im Gehirn
• CK-2 (MB): hauptsächlich im Herzmuskel
• CK-3 (MM): hauptsächlich im Skelettmuskel

Das CK-MB-Isoenzym ist für die Diagnose eines Myokardinfarkts (AMI) von Interesse: Ein Anstieg der Gesamt-CK mit erhöhtem CK-MB spricht für einen Herzinfarkt. Die CK-Bestimmung ist zudem bei Operationen, Muskeldystrophien und Bewegungsanalysen hilfreich.

Heute wird zur Diagnose eines AMI meist der Marker Troponin verwendet.